самоориентирующийся в азимуте трехосный гиростабилизатор
Классы МПК: | G01C19/44 для индикации вертикали |
Автор(ы): | Рыбаков В.И. |
Патентообладатель(и): | Рыбаков Вадим Иванович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-01-16 публикация патента:
20.12.1998 |
Гиростабилизатор предназначен для азимутального ориентирования подвижных объектов. Три гироскопа и два акселерометра, оси чувствительности которых горизонтальны, установлены на стабилизируемой платформе и вместе с усилителями стабилизации, коррекции и стабилизирующими двигателями образуют системы стабилизации и коррекции относительно двух горизонтальных осей. Для ориентирования в азимуте дополнительно введены блок повышения чувствительности акселерометра и измерительный блок. Первый блок содержит компаратор, электронный ключ и источник тока, электрически связанные друг с другом. Вход компаратора подключен к выходу акселерометра, а источник тока через ключ подключается к датчику момента акселерометра. В состав измерительного блока входят второй электроный ключ, генератор импульсов, три реверсивных счетчика, цифроаналоговый преобразователь и суммирующий усилитель. Второй электронный ключ подключен управляющим входом к выходу компаратора и соединяет выход генератора импульсов и вход первого реверсивного счетчика, выход которого и двух других счетчиков, включенных последовательно первому, через цифроаналоговый преобразователь подключаются на входы суммирующего усилителя, выход которого подключен к датчику момента вертикального гироскопа. Сокращаются временные затраты при определении направления меридиана. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Самоориентирующийся в азимуте трехосный гиростабилизатор, содержащий три гироскопа и два акселерометра, оси чувствительности которых горизонтальны, установленные на стабилизируемой платформе и вместе с усилителями стабилизации, коррекции и стабилизирующими двигателями образующие системы стабилизации и коррекции относительно двух горизонтальных осей, а для ориентирования в азимуте выход акселерометра через третий усилитель коррекции подключен к датчику момента вертикального гироскопа, датчик угла которого через усилитель стабилизации связан со стабилизирующим двигателем вертикальной оси платформы, отличающийся тем, что дополнительно введены блок повышения чувствительности акселерометра и измерительный блок, причем первый из них содержит компаратор, электронный ключ и источник тока, электрически связанные друг с другом, вход компаратора подключен к выходу акселерометра, а источник тока через ключ подключается к датчику момента акселерометра, в состав измерительного блока входят второй электронный ключ, генератор импульсов, три реверсивных счетчика, цифроаналоговый преобразователь и суммирующий усилитель, при этом второй электронный ключ подключен управляющим входом к выходу компаратора и соединяет выход генератора импульсов и вход первого реверсивного счетчика, выход которого и двух других счетчиков, включенных последовательно первому, через цифроаналоговый преобразователь подключается на входы суммирующего усилителя, выход которого подключен к датчику момента вертикального гироскопа.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области измерительной техники, конкретно к той ее части, которая занимается вопросами азимутального ориентирования подвижных объектов, имеющих в системах управления гиростабилизаторы. Из литературы известно [1], что самоориентирование в азимуте трехосного гиростабилизатора или его гирокомпасирование как процесс, может быть реализован при помощи элементов самого гиростабилизатора - акселерометров, гироскопов или командных датчиков угла различными способами и техническими средствами. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать самоориентирующийся в азимуте трехосный гиростабилизатор [2], содержащий три гироскопа и два акселерометра, оси чувствительности которых горизонтальны, установлены на стабилизируемой платформе и вместе с усилителями стабилизации, коррекции и стабилизирующими двигателями образуют системы стабилизации и коррекции, относительно двух горизонтальных осей, а для ориентирования в азимуте выход акселерометра через третий усилитель коррекции подключен к датчику момента вертикального гироскопа, датчика угла которого через усилитель стабилизации связан со стабилизирующим двигателем вертикальной оси платформы. Недостатком известного устройства следует считать сравнительно низкое быстродействие, поэтому приведение платформы к направлению меридиана занимает достаточно много времени. Это происходит потому, что сигнал, подаваемый от акселерометра на датчик момента вертикального гироскопа, пропорционален углу отклонения платформы от плоскости горизонта. При движении платформы к направлению меридиана величина этого угла уменьшается, уменьшается и сигнал на датчике момента вертикального гироскопа. Усиление сигнала в усилителе приводит к колебательной границе устойчивости и нарушению апериодического компасного движения. Этот недостаток может быть устранен, а быстродействие увеличено, если повысить чувствительность акселерометра, что позволит в сигнале от акселерометра выделить составляющие, пропорциональные указанному углу, угловой скорости и угловому ускорению компасного движения платформы. Целью настоящего изобретения является сокращение временных затрат при определении направления меридиана трехосным гиростабилизатором. Эта цель достигается тем, что дополнительно введены блок повышения чувствительности акселерометра и измерительный блок, причем, первый из них содержит: компаратор, электронный ключ и источник тока, электрически связанные друг с другом; вход компаратора подключен к выходу акселерометра, а источник тока через ключ подключается к датчику момента акселерометра; в состав измерительного блока входят: второй электронный ключ, генератор импульсов, три реверсивных счетчика, цифроаналоговый преобразователь и суммирующий усилитель, при этом, второй электронный ключ подключен управляющим входом к выходу компаратора и соединяет выход генератора импульсов и вход первого реверсивного счетчика, выход которого и выходы двух других счетчиков, включенных последовательно первому через цифроаналоговый преобразователь, подключаются на входы суммирующего усилителя, выход которого подключен к датчику момента вертикального гироскопа. Сущность предлагаемого самоориентирующегося в азимуте трехосного гиростабилизатора может быть показана при помощи принципиальной схемы, которая представлена на фиг. 1, где показаны: два горизонтальных гироскопа Г2, Г3, один вертикальный гироскоп Г1 и два горизонтальных акселерометра А2, А3, установленные на платформе 1, заключенной при помощи рамок 2 и 3 в карданов подвес с тремя степенями свободы, а вместе с усилителями стабилизации УСС2, УСС3, УСС1, усилителями коррекции К2, К3, К1 и стабилизирующими двигателями СД2, СД3, СД1 образуют системы стабилизации и коррекции, относительно двух горизонтальных и одной вертикальной осей платформы. На фиг. 1 показаны угловые рассогласования
















Вертикальный гироскоп при этом вертикализируется, а его ось чувствительности удерживается в вертикальном положении при помощи следящей системы в составе: датчика угла

который содержит: второй электронный ключ 7, генератор импульсов 8, три реверсивных счетчика 9, 10, 11, цифроаналоговый преобразователь 12 и суммирующий усилитель 13. Через ключ 7, управляющий вход которого связан с выходом компаратора 4, выход генератора 8 подключается на разностный вход первого реверсивного счетчика 9, выход которого, как и выходы второго 10 и третьего 11 реверсивных
счетчиков, включенных последовательно первому, подключаются через цифроаналоговый преобразователь 13 на входы суммирующего усилителя 13, выход которого включен на датчик момента ДМ1 вертикального гироскопа Г1. Принцип измерения параметров компасного движения платформы поясняется графиками, изображенными на фиг. 2, при помощи которых удалось совместить пространственно-временное движение чувствительного элемента акселерометра







где




Кдм - маятниковый момент и коэффициент датчика момента акселерометра; fт и Кf - частота счетных импульсов от генератора 8 и коэффициент передачи; Iср - среднее значение тока в датчике момента за период T0; g - ускорение силы тяжести,













Во втором счетчике 10 происходит сложение результатов счетчика 9 последовательно по парам, что будет соответствовать изменению угла



Изменение угловой скорости в единицу времени будет соответствовать величине углового ускорения. Если вычитать результаты второго счетчика 10 в третьем счетчике 11, то на выходе его получим информацию об угловом ускорении, т.к. выражения (3) отличаются по времени формирования на величину периода T0. Тогда на выходе третьего счетчика будем иметь:

Полученные электрические сигналы в виде импульсов на выходах счетчиков 9, 10, 11, величины которых отражают компасное движение платформы, т.к. измерение их начинается при включении компасного режима, а сами величины соответствуют, приращению угла




где
К11, К12, К13 - соответствующие коэффициенты момента коррекции. Математическое моделирование уравнений компасного режима, аналогичных уравнениям на стр. 598 [2], но с учетом равенства (5), показало, что введение измеренных первой и второй производных угла




1. Назаров Б.И. и др. Командно-измерительные приборы. -МО СССР, 1987, с. 588. 2. Там же, с.592-605. 3. Скалон А. И. Обобщенный анализ характеристик прецизионных датчиков механических величин, работающих в режиме автоколебаний. Измеренная техника, N 3, 1990, с. 7-8. 4. Скалон А. И. и др. Оптимизация структуры датчиков для динамических измерений. - Метрология. N 2, 1987, с. 20-26.
Класс G01C19/44 для индикации вертикали